d) Sự lựa chọn cho sự phát triển công nghệ cân bằng
Cân bằng chủ động và cân bằng thụ động đều để loại bỏ sự không nhất quán của bộ pin, nhưng nguyên tắc thực hiện của cả hai hoàn toàn trái ngược nhau:
Cân bằng thụ động tiêu tán năng lượng, một điện trở xả được kết nối song song với mỗi chuỗi pin. Khi sạc, pin dung lượng thấp bị sạc quá mức và pin dung lượng cao không được sạc đầy, BMS kiểm soát điện trở song song của pin thấp Pin dung lượng để tạo ra nhiệt và phóng điện. Vì vậy, để giải quyết vấn đề quá tải, nhưng nó không có ý nghĩa cân bằng đáng kể đối với quá trình phóng điện. Cân bằng thụ động xuất hiện trước khi cân bằng chủ động, vì mạch đơn giản và chi phí thấp, và nó vẫn được sử dụng rộng rãi.
Cân bằng chủ động kiểu truyền năng lượng, bộ chuyển đổi nguồn chuyển đổi tần số cao hai chiều được điều khiển bên trong bởi BMS. Trong quá trình sạc, dòng điện của pin đã sạc quá mức có thể được ngắt và bổ sung vào pin chưa sạc đầy để đảm bảo rằng một pin có thể được sạc đầy. Vấn đề sạc; và trong quá trình xả, pin dung lượng cao, điện áp cao có thể được sạc cho pin công suất thấp, điện áp thấp để giải quyết hiệu ứng thùng của pin dung lượng thấp
41 để tối ưu hóa hiệu quả của quá trình phóng điện. Loại cân bằng này không có điện trở tiêu tán năng lượng điện, ít tổn thất năng lượng điện hơn và có dòng điện cân bằng lớn hơn. Nó có thể đóng một vai trò trong quá trình sạc và phóng điện. Nó phù hợp hơn cho pin điện của xe năng lượng mới với dòng sạc và xả lớn hơn.
Kết luận cho sự phát triển của công nghệ cân bằng
Lợi ích của việc cân bằng chủ động là rất rõ ràng, hiệu suất cao, truyền được năng lượng và tổn thất chỉ là tổn hao của cuộn dây biến áp chiếm tỷ lệ nhỏ, dòng cân bằng có thể thiết kế lớn, đạt một vài ampe hoặc thậm chí 10A, và việc cân bằng có hiệu lực nhanh chóng. Bất chấp những lợi ích này, việc cân bằng chủ động cũng mang đến những vấn đề mới.
- Đầu tiên là kết cấu phức tạp, đặc biệt là giải pháp máy biến áp. Làm thế nào để thiết kế ma trận công tắc yêu cầu của hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm pin và làm thế nào để điều khiển biến tần đều là những vấn đề đau đầu, vì vậy đây là lý do tại sao chức năng cân bằng hoạt động không thể được tích hợp hoàn toàn vào vi mạch chuyên dụng cho đến nay.
- Thứ hai là vấn đề chi phí, kết cấu phức tạp chắc chắn sẽ sinh ra những mạch phức tạp, việc tăng giá thành và tỷ lệ hỏng hóc là điều không thể tránh khỏi, hiện nay giá thành của BMS có chức năng cân bằng chủ động sẽ cao hơn rất nhiều so với loại cân bằng thụ động, điều này cũng hạn chế phần nào sự cân bằng tích cực của BMS.
Tuy nhiên, theo thông tin hiện có thì chỉ có chi phí và công nghệ hiện có mới cản trở việc thúc đẩy cân bằng chủ động chứ không thể cản trở sự phát triển của BMS. Về lâu dài, trong lĩnh vực xe năng lượng mới, công nghệ BMS chủ động và cân bằng sẽ là xu hướng phát triển trong tương lai.
2.2.2.3. Giao tiếp
Chức năng giao tiếp của hệ thống quản lí pin được chia thành;
- Dây chuyên dùng: Tín hiệu Analog (biến đổi liên tục) và tín hiệu điều khiển Digital (ON-OFF) thông qua rờ le cơ khí.
- Liên kết dữ liệu: Cổng dữ liệu kết nối, có dây (RS232, RS485, CAN, UART, ...); Liên kết vô tuyến không dây (WiFi, Bluetooth).
42 2.2.2.3.1. Dây tín hiệu Analog
Dây sử dụng tín hiệu đầu vào và đầu ra ở dạng tuyến tính, thường nằm trong khoảng từ 0 đến 5V.
- Đầu vào: Tín hiệu đầu vào được đo từ cảm biến bên ngoài khối pin và một số tín hiệu được BMS quan tâm trong khối pin như điện áp, nhiệt độ và dòng điện.
- Đầu ra: Đầu ra DCL (Thường ở mức 5V nhưng khi BMS quyết định giới hạn dòng xả nên nó giảm dần điện áp đầu ra cho đến khi giảm về 0 tức là không cho phép dòng phóng điện), đầu ra CCL (Tương tự như DCL nhưng để hạn chế dòng sạc), đầu ra SOC (Phạm vi từ 0 đến 5V tương ứng với 0% đến 100%), …
2.2.2.3.2. Dây tín hiệu Digital
BMS sử dụng dây tín hiệu Digital để bật/tắt giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.
- Đầu vào cho phép các thiết bị bên ngoài kiểm soát BMS hoặc báo cáo 1 số trạng thái với nó.
- Đầu ra để cho phép BMS điều khiển các hệ thống bên ngoài hoặc báo cáo 1 số trạng thái với nó.
2.2.2.3.3. Liên kết dữ liệu
Trong các ứng dụng chuyên dụng, BMS sử dụng tối thiểu các đường dây chuyên dụng và ưu tiên vào liên kết dữ liệu để giao tiếp với hệ thống bên ngoài. Liên kết dữ liệu sử dụng một số giao thức tiêu chuẩn trong giao tiếp được sử dụng phổ biến hiện nay như:
a) Chuẩn giao tiếp RS232:
- RS232 là một cổng giao tiếp nối tiếp và là một trong những chuẩn truyền thông công nghiệp, truyền dữ liệu theo hình thức nối tiếp. RS232 có thể được coi như là một huyền thoại, vào những năm về trước cổng RS232 được sử dụng phổ biến nhất với những tên gọi khác như: DB9 hay COM. Giao tiếp nối tiếp chậm hơn so với giao tiếp song song, tuy nhiên được dụng phổ biến để truyền dữ liệu dài bởi chi phí thấp hơn. Giao tiếp nối tiếp sẽ truyền dữ liệu theo kiểu từng bit một, trong khi giao tiếp song song truyền dữ liệu theo byte (8 bit) hoặc ký tự hoặc bus tại cùng một thời điểm.
- Tốc độ truyền của cổng RS232 được dùng phổ biến như: 9600, 14400, 28800 và 33600. Nó không được sử dụng lâu dài do nó không cân bằng và môi trường làm việc bị hạn chế. Vì
43 vậy việc sử dụng chuẩn giao tiếp RS232 không được sử dụng trong công nghiệp và các ứng dụng trên ô tô do tốc độ thấp và môi trường loại bỏ nhiễu kém.
b) Chuẩn giao tiếp RS484:
- Có thể coi RS485 là một phiên bản nâng cấp của RS422, điểm khách biệt là RS485 cho phép kết nối và truyền dữ liệu với tối đa 32 cặp thu phát trên đường truyền cùng một lúc.
- Tương tự với RS422, tốc độ truyền dữ liệu của RS485 cũng phụ thuộc và tỷ lệ với khoảng cách. Với chiều dài đường truyền là 40 feet (12m) thì tốc độ truyền tối đa là 10 Mbits/s, 400 feet (122m) là 1 Mbits/s và 4000 feet (1219m) là 100 kbits/s.
c) Chuẩn giao tiếp CAN Bus:
- CAN là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Control Area Network, xuất phát là một phát triển chung của hai hãng Bosch và Intel nhằm phục vụ việc nối mạng trong các phương tiện giao thông cơ giới để thay thế cách nối điểm – điểm cổ điển, sau đó được chuẩn hóa quốc tế trong ISO 11898. Với một số chủng loại ô tô cỡ lớn, chiều dài dây dẫn tổng cộng trong cách nối điểm – điểm có thể lên tới hàng kilomet, và khối lượng riêng của dây dẫn cũng lên tới hàng trăm kilogram. Chỉ tính 2 yếu tố này thì cũng đã thấy sự hiệu quả của việc sử dụng một hệ thống bus trường như CAN (CANbus) để giải quyết được vấn đề này.
- Nhờ tốc độ truyền dẫn tương đối cao ở khoảng cách ngắn và những ưu thế ở một số đặc tính kỹ thuật mà công nghệ này đã được đưa vào một số lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. CAN là một mạng điều khiển vùng cho phép các thiết bị trong Bus có thể giao tiếp với nhau chỉ thông qua 2 dây nối (CAN-High và CAN-Low). Các thiết bị trong cùng cùng Bus được gọi là các Node (trong xe hơi thì có thể coi như là các ECU), chúng có thể lên tới vài chục Note trong phạm vi từ vài trăm mét đến vài kilomet mà vẫn đảm bảo được tốc độ truyền tín hiệu. Điều đó tạo nên sự khác biệt của CAN so với các giao thức khác.
d) Chuẩn giao tiếp UART:
- UART là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh Universal Asynchronous Receiver – Transmitter. UART là một mạch tích hợp được sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.
44 - UART có chức năng chính là truyền dữ liệu nối tiếp. Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể được thực hiện theo hai phương thức là giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.
- UART thường được sử dụng trong các bộ vi điều khiển có các yêu cầu chính xác và chúng cũng có sẵn trong các thiết bị liên lạc khác nhau như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, mô-đun Bluetooth và nhiều ứng dụng khác.
- Các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 & TIA được sử dụng trong giao tiếp chuẩn UART (ngoại trừ RS232). Thông thường, UART là một IC riêng được sử dụng trong giao tiếp nối tiếp UART.
2.2.2.4. Lưu trữ dữ liệu
BMS có thể lưu trữ và ghi lại tất cả các trạng thái của hệ thống. Thông qua giao tiếp với thiết bị bên ngoài, từ đây thu được các thông tin trạng thái của pin.
2.2.3. Nguyên lý hoạt động